אגירת אנרגיה סולארית

אנרגיה סולארית הפכה למקור אנרגיה מהותי ברחבי העולם ובישראל בפרט. עם השמש הקופחת ברוב ימות השנה וההתקדמות הטכנולוגית המהירה, הפקת חשמל מאנרגיית השמש היא לא רק אפשרית, אלא גם משתלמת כלכלית.  אולם, אתגר מרכזי עם אנרגיה סולארית הוא התנודתיות – בשעות הלילה או ביום מעונן, אספקת החשמל מצטמצמת דרמטית. הפתרון המבטיח לניצול מיטבי של אנרגיה סולארית הוא אגירת אנרגיה: היכולת לשמור את עודפי החשמל הסולארי המיוצרים בשעות השיא לשימוש מאוחר יותר. אגירת אנרגיה מאפשרת עצמאות אנרגטית, חיסכון בעלויות ומקדמת את ישראל לעבר משק אנרגיה ירוק ומתקדם.

יסודות אגירת אנרגיה סולארית

איך פועלת אגירת אנרגיה סולארית?

 ביסודה, אגירת אנרגיה סולארית כוללת שלושה מרכיבים עיקריים:

• פאנלים סולאריים: קולטים את אור השמש והופכים אותו לחשמל (זרם ישר – DC).
• ממיר/מטען (Inverter): מתאם את זרם החשמל מהפאנלים הסולאריים לצריכה הביתית (זרם חילופין – AC) וגם אחראי על תהליך טעינת ופריקת האנרגיה בסוללה.
• סוללה: מאחסנת את עודפי החשמל הסולארי בצורת אנרגיה כימית לשימוש מאוחר יותר.

סוגי סוללות לאגירת אנרגיה סולארית

בעוד שקיימות טכנולוגיות אחרות, השימוש הנפוץ ביותר לאגירת אנרגיה סולארית הוא באמצעות סוללות. ישנם מספר סוגים עיקריים:

1. סוללות עופרת-חומצה: טכנולוגיה בשלה וזולה, אך בעלות תוחלת חיים קצרה יותר ודורשות תחזוקה.
2. סוללות ליתיום-יון: הסוג הנפוץ כיום בשל צפיפות אנרגיה גבוהה, קצב פריקה מהיר ויעילות טובה.
3. סוללות זרימה: מתאימות בעיקר לצרכים תעשייתיים, המאפשרות אגירת אנרגיה לאורך זמן ממושך.

טכנולוגיות מובילות באגירת אנרגיה סולארית

סוללות ליתיום-יון: יתרונות, חסרונות, ושימושים נפוצים

סוללות ליתיום-יון מהוות את חוד החנית בטכנולוגיות אגירת אנרגיה סולארית בשל ביצועיהן המעולים. הנה כמה מהיתרונות הבולטים שלהן:

• צפיפות אנרגיה גבוהה: סוללות ליתיום-יון מסוגלות לאחסן כמות גדולה של אנרגיה ביחס למשקלן ולגודלן, מה שמאפשר מערכות אגירה קומפקטיות יחסית.
• יעילות גבוהה: אחוז גבוה מהחשמל המוזרם לסוללות ליתיום-יון אכן נאגר וזמין לשימוש מאוחר יותר (יעילות דו-כיוונית גבוהה).
• עמידות ומעט תחזוקה: אורך חיי הסוללות ארוך, הן עומדות במספר רב של מחזורי טעינה ופריקה, ואינן דורשות תחזוקה תדירה כמו סוגי סוללות אחרים.
• זמני תגובה מהירים: סוללות ליתיום-יון יכולות להיטען ולהתפרק במהירות, מה שמאפשר להן לספק חשמל בעת ביקושים חריגים.

עם זאת, לסוללות ליתיום-יון יש גם חסרונות שכדאי להכיר:

• עלות: הטכנולוגיה יקרה יותר מסוגי סוללות אחרות, אם כי העלויות נמצאות בירידה מתמדת עם גידול בייצור והתקדמות טכנולוגית.
• בטיחות: במקרים נדירים, סוללות ליתיום-יון עלולות להתחמם יתר על המידה ולגרום לשריפה. מערכות ניטור ובקרה קפדניות מסייעות במניעת תקלות מסוג זה.
• השפעה סביבתית: תהליך ייצור הסוללות והחומרים הנדרשים לו טומן בחובו השפעות סביבתיות שיש להביא בחשבון.

שימושים נפוצים באגירה סולארית

1. מערכות ביתיות: בעלי בתים משלבים סוללות ליתיום-יון כדי להגביר את צריכת החשמל הסולארי העצמי ולהפחית תלות ברשת החשמל.
2. מערכות מסחריות ותעשייתיות: עסקים ותעשיות נעזרים בסוללות ליתיום-יון על מנת לייצב את אספקת החשמל, להקטין עלויות חשמל בשעות השיא, ולגבות מערכות קריטיות.
3. שילוב עם רשת החכמה: סוללות ליתיום-יון יכולות להשתלב ברשת החשמל ולתרום לאיזון בין ביקוש להיצע, ולספק שירותים שונים לחברת החשמל.

אנרגיה תרמית: איך אוגרים חום מהשמש

בעוד רובנו חושבים על אגירת אנרגיה סולארית במונחים של חשמל, אפשר לאגור את אנרגיית השמש גם בצורה של חום. טכנולוגיית אגירה תרמית מתבססת על העיקרון של חימום חומר בעל יכולת גבוהה לשמר חום (למשל, מים או שמנים מיוחדים). הנה הסבר פשוט לתהליך:

1. קולטי שמש תרמיים: מערכים מיוחדים של קולטים קולטים את קרני השמש וממירים אותן לאנרגיית חום.
2. מיכל אחסון מבודד: החום המופק בקולטים מועבר לנוזל (לרוב מים) המוזרם למיכל אחסון מבודד תרמית, שם הוא נשמר לשימוש מאוחר יותר.
3. שימוש בחום המאוחסן: ניתן להשתמש בחום המאוחסן למטרות שונות כמו חימום מים ביתי, חימום חלל, או אפילו להפעלת תהליכים תעשייתיים.

מערכות סולאריות תרמיות נפוצות

1. מערכות ביתיות: משלבות קולטי שמש תרמיים עם דוד שמש מבודד, ומיועדות בעיקר לחימום מים. זוהי טכנולוגיה בשלה, אמינה וחסכונית.
2. מערכות תעשייתיות: מיועדות לייצר חום בטמפרטורות גבוהות עבור מגוון תהליכים תעשייתיים, ומעוצבות בהתאמה להיקפי הייצור והצריכה.

יתרונות האגירה התרמית

1. טכנולוגיה יעילה ובשלה: מערכות סולאריות תרמיות נחשבות יעילות מאוד בהמרת אור השמש לחום שמיש.
2. עלות נמוכה יחסית: אגירה תרמית יכולה להיות פתרון חסכוני יותר מסוללות, במיוחד עבור יישומים הדורשים חימום בעיקר.
3. פשטות תפעולית: מערכות תרמיות הן לרוב בעלות מבנה פשוט יחסית ודורשות תחזוקה מועטה.

אגירה שאובה: ניצול גאוגרפיה ליצירת "סוללה ענקית"

אגירה שאובה, המוכרת גם כ-אגירה הידרואלקטרית, היא טכנולוגיה ותיקה אך מבטיחה ביותר. הרעיון הבסיסי הוא לנצל הפרשי גובה לטובת אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול, ובעצם ליצור מעין "סוללת מים" ענקית. הנה איך זה עובד:

• אגירה בשעות עודף: כאשר יש עודפי ייצור חשמל ברשת (למשל, אנרגיה סולארית בשעות היום), המים נשאבים ממאגר תחתון למאגר גבוה (תוך שימוש בחשמל העודף להפעלת המשאבות).
• שחרור אנרגיה בשעות ביקוש: כאשר יש ביקוש גבוה לחשמל (למשל, בשעות הערב), המים מהמאגר העליון זורמים דרך טורבינות, והאנרגיה הפוטנציאלית הגלומה בהם מומרת לחשמל.

יתרונות الأגירה שאובה

1. קיבולת אגירה גדולה: מתאימה לאגירת כמויות משמעותיות של אנרגיה לאורך זמן ממושך, מה שתומך באיזון הרשת והשתלבות של כמות אנרגיות מתחדשות גדולה.
2. יעילות גבוהה: תהליך ההמרה בין אנרגיה פוטנציאלית לחשמל בטורבינות הוא יעיל מאוד.
3. טכנולוגיה בשלה: אגירה שאובה קיימת כבר עשרות שנים, והטכנולוגיה אמינה ומוכחת.

אתגרים בפני אגירה שאובה בישראל

1. תלות בגאוגרפיה: נדרשים הפרשי גובה משמעותיים, ותנאים טופוגרפיים מתאימים ליצירת מאגרי מים.
2. השפעה סביבתית: הקמת המאגרים יכולה לפגוע בשטחים טבעיים ולדרוש שיקולים אקולוגיים.
3. עיכובים רגולטוריים: קבלת האישורים הנדרשים להקמת פרויקטים של אגירה שאובה עשויה להיות תהליך מורכב ובירוקרטי.

מימן ירוק: הפתרון לאגירת אנרגיה לטווח ארוך

מימן ירוק מסומן כאחד מנשאֵי האנרגיה החשובים של העתיד, ולו פוטנציאל משמעותי באגירת אנרגיה סולארית לטווחי זמן ארוכים. הנה התהליך בקצרה:

1. הפקת מימן באמצעות אלקטרוליזה: חשמל עודף מאנרגיה סולארית (או מתחדשת אחרת) משמש להפרדת מולקולות מים (H2O) למימן (H2) וחמצן (O2) בתהליך שנקרא אלקטרוליזה.
2. אחסון המימן: המימן שנוצר נדחס או מונזל, ונאגר במיכלים מתאימים.
3. המרה חזרה לחשמל: בעת הצורך, המימן משמש כדלק בתאי דלק המייצרים חשמל, ותוצר הלוואי היחיד של התהליך הוא מים נקיים.

יתרונות המימן הירוק

1. אפס פליטות פחמן: השימוש במימן עצמו אינו מזהם, ותהליך הייצור נקי משחרור פחמן דו-חמצני אם מקור החשמל הוא מתחדש.
2. צפיפות אנרגיה גבוהה: מימן הוא נשא אנרגיה בעל כמות אנרגיה גדולה ליחידת מסה.
3. אפשרות לאגירה ארוכת-טווח: ניתן לאגור מימן בכמויות גדולות למשך שבועות, חודשים, ואפילו עונות, ובכך להתמודד עם תנודתיות עונתית באספקת אנרגיה מתחדשת.

אתגרים בפני מימן ירוק:

1. יעילות נמוכה יחסית: תהליך האלקטרוליזה וההמרה חזרה לחשמל כרוך בהפסדי אנרגיה לא מבוטלים.
2. תשתית יקרה: נדרשות תשתיות חדשות לייצור, אחסון, הובלה, ושימוש במימן.
3. טכנולוגיה בשלבי פיתוח: ישנן טכנולוגיות שעדיין נדרשות כדי להפוך ייצור מימן ירוק לזול דיו לשימוש רחב היקף.

יתרונות אגירת אנרגיה סולארית

עצמאות אנרגטית 

שילוב האגירה עם ייצור אנרגיה סולארית מאפשר להפחית משמעותית את התלות ברכישת חשמל מחברת החשמל, במיוחד בשעות שיא בהן התעריף גבוה. צרכנים, הן פרטיים והן עסקיים, יכולים להפוך ליצרני חשמל עצמאיים במידה רבה.

הפחתת עלויות 

אגירה חכמה של אנרגיה סולארית בשעה שהביקוש נמוך מאפשרת להשתמש בה במקום לקנות חשמל במחיר גבוה יותר בשעות השיא. בנוסף, באזורים בהם קיימים תעריפי חשמל דיפרנציאליים ("תעו"ז"), האגירה מאפשרת ניצול מיטבי של השעות הזולות.

תמיכה ברשת חכמה 

אגירת אנרגיה מבוזרת (בבתים ובעסקים) תורמת לוויסות הביקוש לחשמל ותומכת באיזון הרשת. מערכות אגירה מתקדמות יכולות אפילו לספק שירותים שונים לחברת החשמל, כמו תמיכה בתדר הרשת, ובכך להוות מקור הכנסה נוסף עבור הצרכנים.

עמידות 

במקרה של הפסקות חשמל, מערכות אגירת אנרגיה סולארית יכולות לספק גיבוי ולשמור על אספקת חשמל חיונית למכשירים חשובים, להאיר את הבית או העסק, ולספק שקט נפשי לבעלי המערכות.

הפחתת פליטות פחמן 

שימוש באנרגיה סולארית מאוחסנת במקום בחשמל המיוצר באמצעות דלקים מאובנים תורם באופן ישיר למאבק במשבר האקלים. זוהי דרך מצוינת עבור פרטים, עסקים, וקהילות שלמות להקטין את טביעת הרגל הפחמנית שלהם ולתמוך במעבר לאנרגיה נקייה.

חסרונות ואתגרים

עלות

מערכות אגירת אנרגיה מהוות השקעה משמעותית, במיוחד כשמדובר בסוללות בעלות קיבולת גבוהה. אמנם עלויות הטכנולוגיות השונות נמצאות במגמת ירידה, אך הן עדיין מהוות חסם עבור חלק מהצרכנים.

יעילות

אף טכנולוגיית אגירה אינה יעילה ב-100%. בתהליך ההמרה, הטעינה, והפריקה של האנרגיה ישנם הפסדים מסוימים, כלומר כמות האנרגיה שאפשר לאגור ולהשתמש בה קטנה מהכמות שיוצרה במקור.

מורכבות

תכנון והקמה של מערכות אגירת אנרגיה סולארית, במיוחד כאלה המשולבות ברשת החכמה, דורשים מומחיות טכנית. תפעול של מערכות אגירה עשוי לדרוש שימוש בתוכנות ניהול חכמות כדי למצות את הפוטנציאל שלהן.

השפעה סביבתית

ייצור של סוללות וחומרים נדרשים אחרים לאגירת אנרגיה אינו נטול השפעות סביבתיות. יש לוודא שימוש בחומרים ידידותיים לסביבה ככל הניתן, ומיחזור יעיל של סוללות בסוף חייהן.

שיקולים בבחירת פתרון האגירה הנכון

גודל המערכת

הערכת צריכת החשמל שלכם (היסטורית ועתידית), וגם גודל מערך הפאנלים הסולאריים שלכם הם נקודת המוצא לחישוב הקיבולת והעוצמה הנדרשות מהמערכת. האם המטרה העיקרית היא צריכה עצמית גבוהה, או שילוב של צריכה עצמית ומכירה לרשת?

דרישות צריכה

יש לבחון את פרופיל צריכת החשמל שלכם – האם ישנן שעות או מכשירים ספציפיים בעלי עומס גבוה שתרצו לספק עבורם גיבוי? האם יש עונות בהן צריכת החשמל גבוהה באופן מיוחד?

יעילות מול קיבולת

טכנולוגיות סוללה שונות מתאפיינות בנקודות חוזקה שונות. סוללות מסוימות מתאפיינות בקיבולת אנרגיה גבוהה יותר ליחידת נפח, בעוד שאחרות מתאימות לפריקות מהירות ועמוקות. ההחלטה צריכה להתבסס על הצרכים הספציפיים שלכם.

עלות-תועלת

חשוב לבצע ניתוח כלכלי הכולל את עלות מערכת האגירה, השפעתה הצפויה על חשבון החשמל, תמריצים ומענקים פוטנציאליים (אם יש כאלה), וגם עלויות תחזוקה עתידיות צפויות.

רגולציה

כדאי להתעדכן במגבלות, בתקנים, ובהיתרים העשויים להיות רלוונטיים להתקנת מערכות אגירה, הן ברמה הארצית והן ברמה המקומית או השכונתית.

פרויקטים בולטים וטרנדים עתידיים

פרויקטים חדשניים בארץ

ישראל משתלבת היטב במגמה העולמית של אגירת אנרגיה מתחדשת, וישנם מספר פרויקטים מעניינים שכדאי להכיר:

1. אגירה שאובה בגלבוע: פרויקט הדגל של אגירה שאובה בישראל שאמור להתחיל לפעול בשנים הקרובות. קיבולת האגירה הצפויה היא כ-300 מגה-וואט שעה.
2. פרויקטים ביתיים ותעשייתיים: מספר גדל והולך של בתים פרטיים, עסקים, ומוסדות ציבור משלבים מערכות אגירה סולארית, על בסיס סוללות ליתיום-יון לרוב.
3. תחנת הכוח באשלים: פרויקט תרמו-סולארי חדשני בנגב המשלב אגירת אנרגיה בחום מותך למתן מענה לצריכת חשמל סולארית גם לאחר שקיעת השמש.

מגמות עולמיות

1. ירידת מחירים: העלות של טכנולוגיות אגירה, ובמיוחד סוללות, יורדת בהתמדה, מה שמנגיש את הפתרונות לצרכנים רבים יותר ולפרוייקטים רחבי היקף.
2. שיפור ביעילות: מתקיים מחקר ופיתוח מתמיד להעלאת היעילות של מערכות אגירה, מה שאומר שבעתיד נוכל לאגור יותר אנרגיה תוך שימוש באותו נפח סוללות או מיכלים.
3. פתרונות אגירה יצירתיים: לצד הסוללות המוכרות, מפותחים פתרונות חדשניים כמו אגירת אנרגיה באוויר דחוס, גלגלי תנופה מתקדמים, שימוש במאגרי חום תת-קרקעיים, ואפילו המרת חשמל עודף לדלקים סינטטיים.
4. שילוב ברשת החכמה: אגירת אנרגיה מבוזרת (בבתים ובעסקים) הופכת לחלק אינטגרלי מהמעבר לרשת חשמל חכמה, גמישה, ודינמית.

סיכום

אגירת אנרגיה סולארית היא מפתח מרכזי במעבר לעתיד של אנרגיה נקייה ומתחדשת. על ידי אחסון עודפי החשמל המופקים בשעות השיא, מערכות אגירה מאפשרות לנו להגדיל משמעותית את השימוש העצמי באנרגיה סולארית, להפחית את תלותנו בחשמל קונבנציונלי מזהם, ולתמוך באיזון וייצוב רשת החשמל. בעוד שעלויות ורגולציה מהוות אתגרים מסתיימים, ההתקדמות הטכנולוגית המהירה והירידה במחירי האגירה מנגישות את הפתרונות הללו לקהל רחב והולך של צרכנים, עסקים, וקהילות. הפוטנציאל של אגירת אנרגיה סולארית בישראל הוא עצום, והמהפכה האנרגטית הזו רק בתחילתה.